Ashes 4.2.1 طراحی توربین های بادی و سازه های دریایی

Ashes محصول شرکت Simis یک محیط شبیه سازی مهندسی برای طراحی، تحلیل و ارزیابی توربین های بادی و دریایی است که مدل های آیرودینامیکی، سازه ای، هیدرودینامیکی و کنترلی را در یک حلگر یکپارچه به هم متصل می کند. این نرم افزار برای توربین های بادی خشکی، دریایی با فونداسیون ثابت و توربین های شناور توسعه یافته و تمرکز آن روی به دست آوردن رفتار واقعی توربین تحت بارهای باد، موج، جریان، کنترل و شرایط کاری مختلف است.

هسته محاسباتی Ashes بر پایه روش اجزای محدود (FEM) و فرمول بندی هم چرخان المان های تیر کار می کند و می تواند تغییرمکان و دوران های بزرگ سازه را در تحلیل دینامیکی در نظر بگیرد. بخش آیرودینامیک نیز بر پایه روش Blade Element Momentum یا BEM، مدل های مختلف باد و تلاطم و اثراتی مانند اتلاف نوک پره، هاب و برج عمل می کند. نتیجه این ترکیب، یک مدل کوپل شده است که در آن پاسخ سازه و بارهای آیرودینامیکی به صورت همزمان روی یکدیگر اثر می گذارند.

در پروژه های دریایی، Ashes فقط به بارگذاری باد محدود نمی شود. بار موج، جریان، شناوری و اندرکنش خاک و سازه را می توان در مدل وارد کرد و رفتار سازه نگهدارنده، برج، روتور و اجزای توربین را در شرایط محیطی مختلف بررسی کرد. این قابلیت برای طراحی توربین های Offshore و به ویژه Floating Wind اهمیت دارد؛ جایی که حرکت سازه شناور، موج و جریان مستقیما با پاسخ دینامیکی توربین درگیر می شوند.

Ashes در کنار شبیه سازی منفرد، برای مطالعات مهندسی بزرگ نیز طراحی شده است. ارزیابی Load Case، تحلیل خستگی و بارهای حدی، اجرای Batch Simulation، پردازش موازی، محاسبات ابری و رابط Python امکان می دهند مدل های مختلف توربین و شرایط محیطی در مقیاس پروژه بررسی شوند. Simis همچنین نتایج Ashes را به صورت مستمر با اندازه گیری های واقعی و مدل ها و کدهای مرجع مانند OpenFAST، OC3، OC4، OC6، NREL 5-MW، DTU 10-MW و IEA 15-MW و 22-MW مقایسه می کند.

قابلیت های نرم افزار Ashes

• شبیه سازی آیرولاستیک | Aeroelastic Simulation
  محاسبه رفتار همزمان آیرودینامیکی و سازه ای توربین و بررسی اثر متقابل بارهای باد با تغییرشکل و حرکت اجزای سازه.
• مدل سازی دینامیکی سازه | Structural Dynamics
  تحلیل دینامیکی روتور، پره ها، شفت، ناسل، برج و سازه نگهدارنده با استفاده از مدل اجزای محدود و المان های تیر.
• محاسبه بارهای آیرودینامیکی | Aerodynamic Load Calculation
  محاسبه نیروها و گشتاورهای وارد بر پره با مدل BEM و در نظر گرفتن باد یکنواخت، برش باد، جریان مایل و مدل های مختلف تلاطم.
• تحلیل هیدرودینامیکی | Hydrodynamic Analysis
  محاسبه اثر موج، جریان، شناوری و بارهای هیدرودینامیکی بر توربین های دریایی و سازه های زیرآبی.
• مدل سازی اندرکنش خاک و سازه | Soil-Structure Interaction
  بررسی اثر رفتار خاک و اتصال سازه نگهدارنده با بستر در تحلیل توربین های دریایی با فونداسیون ثابت.
• مدل سازی سیستم کنترل | Control System Modeling
  مدل سازی کنترل گشتاور ژنراتور و Pitch پره ها با کنترلر PI و امکان اتصال کنترلرهای سفارشی از طریق DLL سازگار با Bladed.
• تحلیل خستگی و عمر کاری | Fatigue & Lifetime Analysis
  ارزیابی بارهای چرخه ای و شرایط کاری برای بررسی خستگی اجزای توربین و تخمین رفتار سازه در طول عمر طراحی.
• تحلیل بارهای حدی | Extreme Load Analysis
  بررسی پاسخ توربین در شرایط شدید محیطی و Load Caseهای طراحی برای استخراج بارهای بحرانی وارد بر اجزای اصلی.
• تحلیل توربین های شناور | Floating Wind Analysis
  شبیه سازی کوپل شده حرکت توربین شناور، بار باد، موج، جریان و پاسخ سازه در شرایط مختلف بهره برداری دریایی.
• اجرای مطالعات پارامتریک | Batch & Cloud Simulation
  اجرای همزمان مجموعه بزرگی از شبیه سازی ها به صورت Batch، موازی یا ابری برای مطالعات طراحی، بهینه سازی و ارزیابی Load Caseها.

ماژول ها و افزونه های مهم Ashes

• هسته Aero-Servo-Hydro-Elastic
  هسته اصلی Ashes که آیرودینامیک، دینامیک سازه، هیدرودینامیک و سیستم کنترل را در یک شبیه سازی کوپل شده ترکیب می کند.
• بخش Structural Dynamics
  مدل سازی اجزای سازه ای توربین با FEM، تحلیل پاسخ دینامیکی، مودهای سازه و رفتار غیرخطی سازه.
• بخش Aerodynamics
  مدل سازی جریان باد و بارهای آیرودینامیکی پره با BEM و مدل های مختلف باد و تلاطم.
• بخش Hydrodynamics
  مدل سازی موج، جریان، شناوری و بارهای وارد بر اجزای غوطه ور توربین های دریایی.
• بخش Control Systems
  تعریف کنترل گشتاور ژنراتور و Pitch پره ها و اتصال کنترلرهای خارجی برای مدل سازی سیستم کنترل سفارشی.
• بخش Load Cases
  تعریف و اجرای سناریوهای مختلف باد، موج، جریان و شرایط کاری برای ارزیابی بارهای طراحی و پاسخ توربین.
• بخش Batch Manager
  اجرای چندین شبیه سازی به صورت همزمان و مدیریت مطالعات بزرگ شامل مجموعه ای از مدل ها و شرایط بارگذاری.
• Cloud Computing
  انتقال مطالعات حجیم به زیرساخت ابری و اجرای Batchهای محاسباتی بدون محدود شدن به ظرفیت یک سیستم محلی.
• Python API
  اتصال Ashes به گردش کارهای برنامه نویسی، خودکارسازی اجرای مدل ها و ایجاد زنجیره های پردازش و تحلیل اختصاصی.
• 3D Visualization
  نمایش سه بعدی مدل و رفتار توربین برای بررسی ساختار، حرکت اجزا و نتایج شبیه سازی در محیط گرافیکی تعاملی.

کاربردهای تخصصی در صنایع

• صنعت توربین های بادی خشکی
  طراحی و ارزیابی توربین های Onshore، بررسی بارهای باد، پاسخ سازه، کنترل توربین و خستگی اجزای اصلی در شرایط مختلف بهره برداری.
• صنعت توربین های بادی دریایی ثابت
  تحلیل توربین های Offshore با فونداسیون ثابت و بررسی همزمان اثر باد، موج، جریان و اندرکنش خاک و سازه.
• صنعت توربین های بادی شناور
  مدل سازی رفتار دینامیکی توربین های Floating در برابر حرکت سکو، موج، جریان و باد برای ارزیابی طراحی سازه و عملکرد توربین.
• صنعت ساخت و توسعه توربین های بادی
  بررسی طراحی پره، روتور، برج و سازه نگهدارنده و استخراج بارهای مورد نیاز در مراحل توسعه و اعتبارسنجی محصول.
• شرکت های مهندسی و مشاوره انرژی باد
  اجرای مطالعات Load Case، خستگی، بارهای حدی و تحلیل عملکرد توربین برای پروژه های طراحی، ارزیابی و توسعه مزارع بادی.
• صنعت تجهیزات و سازه های دریایی انرژی
  تحلیل سازه های نگهدارنده، اجزای زیرآبی و سیستم های پشتیبان توربین های دریایی در شرایط ترکیبی باد، موج و جریان.

✅ بیشتر بخوانید: